عرفان خسروی؛ هر آیینی روایتی از منشأ حیات دارد. سِفْرِ پیدایش نخستین کتاب از «اسفار پنجگانه یا تورات»، آشناترین روایت برای تمدن غرب است؛ روایتی مختصر و شاعرانه از شش روز خلقت. سرخپوستان «پوئبلو»، از خانهای اجدادی صحبت میکنند که در زیر دریاچهای قرار دارد؛ جایی که انسانها، خدایان و حیوانات، زمانی با یکدیگر زندگی میکردند؛ چراکه زمین بالای سرشان، هنوز نرم و نارَس بود.
سرخپوستان «کاگابا»، از الهه بزرگ خود اینگونه سخن میگویند: «مادر آوازهامان، مادر بذرهامان، ما را پیش از هر چیز به دنیا آورد... او مادر تندر، مادر رودها، مادر درختان، او مادر همهچیز است». برخی از آموزههای هندوئیسم از «برهماندا» صحبت میکنند؛ تخمی که همه مخلوقات از آن زاده شدند.
«یاروروهای ونزوئلا» حکایت ماری آبی به نام «پؤانا» را بازمیگویند که جهان را خلق کرد. برادرش «ایتسیای» که یک جگوار بود، آبها را آفرید و خواهرشان «کوما» که همسر خورشید بود، مردمانِ یارورو را به دنیا آورد.
روایتهای حیرتانگیز دیگری هم هستند که قصههایی ارزشمند به شمار میروند و ارزش آنها به خاطر ریشههای قومی-فرهنگی آنهاست؛ ما به تضاد آنها با روایات علمی آگاهیم. اما هنگامی که به روایت علمی از منشأ طبیعت مینگریم، با اسطورهای کاملا متفاوت روبهرو خواهیم شد؛ چیزی شبیه آنچه در ادامه خواهیم دید.
آغاز شیمی
در آغاز، «فیزیکِ انرژی بالا» حکمفرما بود، اما با خنک شدن کیهان، قوانین شیمی ظاهر شدند. این قوانین شیمی هستند که به اتمها اجازه میدهند به یکدیگر متصل شوند و مولکولها را تشکیل دهند. همچنین، همین قوانین، راهبر اتصال مولکولهای کوچکتر به یکدیگر و تشکیل مولکولهای بزرگترند.
مانند هر چیز دیگری شیمی نیز میتواند تحویل به فیزیک شود و یکسره با قوانین فیزیک بیان شود، اما قوانین شیمی، تنها تحت شرایط فیزیکی ویژهای ظاهر میشوند. سه تا از این شرایط برای روایت ما، اهمیت بیشتری دارند: شیمی، نیازمند جریان انرژی، از سمت منبع آن به سوی پاییندست است.
زمین دو منبع انرژی مهم دارد: قطعا خورشید نخستین منبع است و دیگری قلب مذاب خود زمین که با انرژی ناشی از عناصر پرتوزا میتپد و گرمایش را به کف اقیانوسها و پوسته قارهای روانه میکند. گیرنده نهایی انرژی نیز، قطعا خود کیهان است که دمای آن در اکثر نقاط تنها اندکی از صفر مطلق بالاتر میرود. تا وقتی که انرژی جریان داشته باشد، فرایندهای شیمیایی رخ میدهند.
وقتی که اتمها آنقدر داغ باشند که به اجزای زیراتمی خرد شوند، صحبت از قوانین شیمی بیمعنی است. همینطور، وقتی دما آنقدر پایین باشد که اتمها سخت و منجمد به یکدیگر متصل شده باشند، باز هم فرایندهای شیمیایی رخ نخواهند داد. قوانین شیمی تنها در دماهایی حکمفرماست که اتمها و مولکولها بتوانند در حالات مختلف -جامد و مایع و گاز- وجود داشته باشند.
این نشانهای است از وجود جریان انرژی در سیستم. برخی از اتمها بیشتر و برخی کمتر، میل به سهیمشدن در فرایندهای شیمیایی دارند. هلیم، برای مثال همیشه به صورت هلیم وجود دارد، در حالی که کربن، هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن، فسفر و گوگرد -شش عنصر خیلی مهم در موجودات زنده- در شرایط ایدئال انرژی، تمایل دارند بهشدت به اتمهای دیگر متصل شوند و پیوندهای شیمیایی تشکیل دهند. هیدروژن به سرعت با اکسیژن ترکیب میشود تا آب پدید آورد و کربن نیز در پیوند با اکسیژن، دیاکسید کربن میسازد.
سنگ بنای زندگی
دو شاخه از واکنشهای شیمی برای راهانداختن سازوکار حیات لازم است: نخست، شیمیای که مولکولهای سنگ بنای حیات را ایجاد میکند -موادی چون آب، دیاکسید کربن و مولکولهای کوچک مثل فرمالدئید، متان و سولفید هیدروژن- و دوم، شیمیای که به این مواد اجازه میدهد مولکولهای بزرگتری بسازند، یعنی مولکولهای بیوشیمیایی.
مولکولهایی که سنگ بنای حیات زمینی محسوب میشوند، احتمالا از دو کارگاه مختلف کیهانی منشأ گرفتهاند. نخستین آنها عبارت از ذرات کوچکی هستند -به اندازه دانههای پودر تالک- که غبار بینستارهای نامیده میشود. غبار بینستارهای، به صورت ابرهایی بسیار عظیم در فضای میان ستارگان وجود دارد و مملو از اتمهایی است که طی فجایع ستارهای (مثل ابرنواخترها) ساخته میشوند.
این ابرها در فضا شناورند و ذرات غبار ذاتا سرد و منجمدند، اما همین که در معرض تشعشعات ستارههای نزدیکتر قرار میگیرند، بهشدت گرم میشوند و تا وقتی این تشعشعات باقی بمانند همچنان گرم هستند.
این سرد و گرم شدنهای بینستارهای باعث پیدایش جریانی از انرژی میشود که بر اثر آن صدها نوع مولکول پیچیده روی سطح آنها به وجود میآید. اگر ستارههای دنبالهدار و شهابها از میان غبارِ بینستارهای عبور کرده و بعد به زمین برخورد کنند، همراه خود محمولههای عظیمی از سنگ بناهای کیهانی حیات، خواهند داشت.
همین مواد کیهانی بودند که در زمانی بسیار دور برای تشکیل حیات آغازین زمینی به کار رفتند. دومین کارگاه ساخت سنگ بنای حیات باید دودکشهای اقیانوسی آب داغ باشد. آب اقیانوس از راه شکافهایی به گوشته مذاب زمین -یعنی زیر پوسته- وارد میشود، در آنجا داغ شده و دوباره از طریق این دودکشهای داغ، به اقیانوسهای سرد روانه میشود. این جریان انرژی، برای ساخت انواع مختلفی از مولکولها فوقالعاده عالی است.
احتمالا سطح ذرات میکروسکوپی رس یا آهنی که در کنار این دودکشهای اقیانوسی غوطهورند، محل ساخت سنگ بناهای آغازین حیات بوده است. از همان آغاز تشکیل زمین، یعنی 4.5 میلیارد سال پیش، ذرات معلقِ بسیار کوچک، اما پیچیده سنگ بنای حیات، در آبهای زمین جوان انباشته میشدند و چیزی تشکیل دادند که اغلب به آن «سوپ آغازین» ** گفته میشود.
از میانِ مواد معلق در سوپ آغازین، سه نوع مولکول کوچک اولیه برای ما اهمیت بیشتری دارند. این سه نوع مولکول عبارتاند از قندها، اسیدهای آمینه و نوکلئوتیدها. خود مولکولهای نوکلئوتیدی به دو نوع اصلی ریبونوکلئوتیدها و دِ-اُکسی ریبونوکلئوتیدها تقسیم میشوند
. اهمیت این مواد در اینجاست که همینها سنگ بنای تمام مواد زنده امروزی را میسازند. آن وقت، حدود چهار میلیارد سال پیش، دومین شکل از فرایندهای شیمیایی آغاز شد: تشکیل مولکولهای زیستی از سنگ بناهای موجود در سوپ آغازین.
مولکولهای زیستی
حکایت ما در اینجا، پشت مه سنگینی از ابهام، تار و ناواضح میشود. ما هنوز نمیدانیم توالی درستِ وقایعی که به ساخت نخستین بیومولکولها انجامید، چگونه است؛ همینطور وقایعی که به ساخت نخستین یاخته منجر شدند و احتمالا هرگز نیز نخواهیم دانست.
اما درباره نتیجه این وقایع، اطلاعات زیادی داریم؛ یعنی درباره بیومولکولها و یاختههایی که بالاخره ساخته شدند و وارث زمین شدند. دلیل وجود ما و دلیل طرح پرسشهای ما در مورد گذشته و دلیل وضعکردن نظریات و داستانهای شاید امکانپذیر یا شاید اشتباه ما درباره نسلهای پیشین و آغازین حیات، همین یاختهها بودند. همه این داستانها سرهم شدند، فقط برای اینکه ما را بر آنچه زنده قلمداد میشود، متمرکز کنند.
کامناکام این داستان ممکن است همینطوری باشد که در ادامه خواهید خواند. حوضچهای پر از سوپ آغازین روی زمین جوان تصور کنید که سرشار از سنگبناهای ریبونوکلئوتیدی است.
چهار نوع مختلف ریبونوکلئوتید وجود دارند که ما آنها را A، C، G و U مینامیم. این مولکولها، ذاتا تمایل دارند که مانند دنبالهای از آدمکهای دستبهدستی که از کاغذ میبریم، با یکدیگر پیوندهای شیمیایی ایجاد کنند و زنجیرههایی بختانه با طولهای مختلف بسازند. این زنجیرهها، مولکولهای RNA نام دارند. ممکن است یکی این توالی را داشته باشد:
ACAUGCACUCA و دیگری این توالی را: GAGCCUAGCACUACG و.... هنوز حیاتی در کار نیست. در این لحظه، یکی از این مولکولها، مثلا UAGCUAAACGUC، توانایی رونویسی از خود را پیدا میکند. در برخی از موجودات زنده عجیب امروزی، این مولکولهای RNA -با توانایی رونویسی از روی خود- وجود دارند. طرز کار این فرایند در اینجا اهمیت ندارد.
آنچه اهمیت دارد، نتیجه کار است: در نتیجه این واقعه خود-همانندسازی، حوضچه دارای دو توالی UAGCUAAACGUC خواهد شد.
این دو مولکول، اکنون میتوانند دوباره خودهمانندسازی کنند تا چهار UAGCUAAACGUC تولید شود؛ سپس هشتتا، سپس شانزدهتا... و اگر میتوانستیم آنجا حاضر باشیم و بعد از هزار سال خود-همانندسازیکردن، از RNA درون حوضچه نمونهبرداری کنیم، متوجه میشدیم که اکثر مولکولها اکنون دارای توالی UAGCUAAACGUC شدهاند. البته ممکن است حوضچه باز هم چند مولکول RNA از توالیهای دیگر داشته باشد، اما، چون اینها نمیتوانند خودهمانندسازی کنند، اقلیتی کوچک و بیاهمیت از کل جمعیت RNA تشکیل میدهند.
این فرایندِ همانندسازی آغازین اصلا دقیق نیست؛ برای مثال یکی از رونوشتهای موجود در حوضچه ممکن است در آغاز زنجیره به جای U، دارای G باشد، یعنی:
GAGCUAAACGUC. به چنین تغییری جهش گفته میشود. جهشها ممکن است باعث ازدسترفتن توانایی مولکولِ دختر در خودهمانندسازی شود؛ در این صورت، مولکول دختر به اقلیت مولکولهایی میپیوندد که فاقد توانایی رونویسی هستند.
اما این احتمال هم وجود دارد که توانایی رونویسی مولکول جهشیافته نسبت به گذشته بهبود یافته و سرعت یا دقت بیشتر یا هر دو را کسب کند. در این صورت اگر هزارسال بعد دوباره به حوضچه برگردیم، انتظار میرود که این بار اکثر مولکولها دارای این توالی GAGCUAAACGUC باشند. نسخه مولکول مادر، یعنی AGCUAAACGUC، باز هم در حوضچه حضور خواهد داشت و به رونویسی خود ادامه میدهد، اما دیگر مثل گذشته غالب نخواهد بود.
فرایندی که طی این هزار سال در اینجا رخ داده است، همان انتخاب طبیعی است. انتخاب طبیعی، رونوشت سریعتر و دقیقتر را انتخاب کرده است. سپس بحران شروع میشود. طی فرایند تشکیل این مولکولهای RNA، حوضچه از محتوای پیشسازهای ریبونوکلئوتیدی -A، C، G، U- بیشتر و بیشتر خالی میشود.
وقتی ریبونوکلئوتیدها تمام شوند، ضعیف و قوی، کند و تند وتر و خشک با هم میسوزند و همهچیز ناگهان متوقف میشود. اتفاقی که احتمالا بعد از این رخ میدهد این است که یک مولکول جهشیافته جدید RNA، در میان حوضچه پیدا میشود؛ این مولکول نهتنها میتواند خود را رونویسی کند، بلکه توالی نوکلئوتیدیاش قادر به ایجاد ریبونوکلئوتیدهای جدید است.
این توالیهای نوکلئوتیدی و ماهیت آنها بهعنوان «دستور»هایی که در RNA ثبت شدهاند، همان چیزی است که امروزه ژن نامیده میشود. اینکه این دستورها چه معنیای دارند و چگونه کار میکنند، موضوعات فصلهای بعدی هستند. نکته مهم در اینجا، برتری مطلق این مولکول RNA است.
تنها همین یک مولکول، از میان آن همه مولکول درون حوضچه، قادر به خودهمانندسازی خواهد شد، زیرا بهتنهایی میتواند ریبونوکلئوتیدهایی برای خود بسازد که در دسترس بقیه نیستند. این مولکول RNA، خود قادر به طبخ سوپ آغازینی است که از آن تغذیه میکند و انتخاب طبیعی، کامناکام موجب ادامه نسل او خواهد شد.
با وجود این، ساخت ریبونوکلئوتیدهای جدید و پخشکردنشان درون برکه چندان هم بهصرفه نخواهد بود. راهبرد بهینهتر، محاط کردن RNA درون نوعی غشا است -مثلا حباب کوچکی از چربی. چنین غشایی، مانع پخش شدن و هدررفتن ریبونوکلئوتیدهای ساختهشده است.
این ریبونوکلئوتیدها میتوانند درون حباب باقی بمانند، تا در رونویسی نسل بعدی RNA استفاده شوند. بار دیگر از ذکر چگونگی این اتفاق خودداری میکنم و آن را به بعد موکول میکنم.
تنها به این اشاره میکنم که جهشهای بعدی، میتوانند RNAهایی بسازند که حاوی دستورها -ژنها-ی لازم برای ساخت ریبونوکلئوتیدها و بستهبندی آنها درون یک غشا باشند. اکنون، ما مشغول تماشای نخستین یاخته زنده هستیم:
مولکولی خودهمانندساز و بستهبندیشده در غشا که قادر است مولکولهای دیگری نیز تولید کند؛ مولکولهایی مانند ریبونوکلئوتیدها و چربیها که برای تداوم خودهمانندسازی ضروریاند.
یاختهها
دلایل محکمی وجود دارد که نشان میدهد نخستین یاختههایی که سیاره زمین را فراگرفتند، یاختههایی حاوی RNA خودهمانندساز بودهاند. دنیای آغازین، ظاهرا «دنیای RNA» بوده است.
اما امروزه، این یاختهها از بین رفتهاند یا به احتمال بیشتر، تکامل یافته و ژنهایشان در مولکولهای DNA رونوشت شده است؛ درنتیجه، امروز، ما در دنیای DNA زندگیمیکنیم. DNA به جای ریبونوکلئوتیدها، ازدِ-اُکسیریبونوکلئوتیدها به عنوان پیشساز استفاده میکند و نیز از RNA پایدارتر است؛ اگرچه هنوز طرح اصلی مانند گذشته است:
زنجیرهای بلند، متشکل از دِ-اُکسیریبونوکلئوتیدها، حاوی ژنهایی که فراوردههای مولکولی آنها رونویسی دوباره از زنجیره را ممکن میکنند. جایی، در میان راه تکامل، ژنهای رمزشده در RNA یا DNA، توانایی ساخت مولکولهایی بزرگ را پیدا کردند. مولکولهایی که پروتئین نام دارند.
بهویژه، آن دسته از پروتئینهایی که آنزیم محسوب میشوند، اهمیت بسیار زیادی دارند؛ زیرا آنها مسئول راهاندازی و پیشبرد بیوشیمی درون یاخته هستند. اینکه چگونه آنزیمها و پروتئینهای دیگر کار میکنند و اینکه DNA چگونه ساختار آنها را تعیین میکند، در دو فصل آینده مطرح میشود؛ در اینجا، تنها نگاهی به دورنمای آن میاندازیم.
این دورنما، تصویری از یک یاخته است؛ یاختهای تنها، به عنوان نماینده کل حیات. یاختهای که میتواند خود را بازسازیکند؛ یعنی یاخته جدیدی بسازد، طوری که یاخته جدید هم بداند چطور این کار را انجام دهد و چگونه این توانایی را به نسلِ بعد، یعنی به یاختههای دختری خود منتقل کند.
گفتیم که سنگ بناهای موجود در سوپ آغازین، تنها هنگامی تولید شدند که تپهای انرژی از خورشید، یا دل زمین، فرارسیدند و اتصال اتمها و ساخت مولکولها را مقدور کردند. اکنون میگوییم درونِ حبابهای کوچک و تحت نظارت بیوشیمیایی آنزیمها، همین فرایندها در دماهای میانه، آن هم با نظم و صرفه بیشتری انجام میشوند.
نقش اصلی DNA رمزکردن دستورهای قابل بازخوانی برای ساخت پروتئینها و انتقال این اطلاعات به نسلهای بعدی است. چیزی که هنوز گفته نشده، این است که چگونه فرایندهای شیمیایی «به پیش رانده میشوند»؟ انرژی درون یاختهای که دمایی میانه دارد، چگونه میتواند در جای مناسب آزاد شود و در فرایند ساخت مولکولهای زیستی تولیدشده مورد استفاده قرار بگیرد؟
همین بساست که بگوییم طی تکامل، یاختههای ابتدایی، نخست توانایی استخراج انرژی از مولکولهای کوچک مانند هیدروژن و سولفید هیدروژن را پیدا کردند و در پایان، توانایی نورکافت در آنها به وجود آمد؛ یعنی توانایی بهدامانداختن انرژی خورشید و بستهبندی آن در پیوندهای شیمیایی.
جاندارانی که نمیتوانند نورکافت کنند نیز مانند ما، برای ادامه حیات، وابسته به فراوردههای نورکافت هستند: این فراوردهها را به عنوان غذا مصرفمیکنیم و انرژی آنها را در واکنشهایی آنزیمی که در مجموع سوختوساز نام دارند، استخراج میکنیم.
تأملات
میتوان حیات را با شیمیای که در پسِ آن نهفته است، توضیح داد. همانطور که شیمی را میتوان با فیزیک توضیح داد. اما حیاتی که از شیمیِ مولکولهای زیستی ظاهر میشود، چیزی بیشتر از عملکرد مشتی مولکول بیجان است. خواهیم دید هنگامی که این مولکولها درون یاخته، کنار همدیگر قرار گیرند، شروع به تعامل میکنند و فرایندهایی کاملا نوین میآفرینند.
فرایندهایی مانند ادراک، حرکت و سوختوساز. فرایندهایی که منحصر به موجودِ زندهاند، فرایندهایی که مثالی در سطوح پایینتر ندارند. این فرایندهای جدید، اعمال حیاتی نام دارند. پیدایش حیات، خود یکی از نخستین نمونههای اعمال حیاتیای است که میشناسیم.
یکی از نمونههای جدیدتر، ظهور «خودآگاهی» است. خودآگاهی، یکی از تواناییهای ما انسانهاست که به ما اجازه میدهد اعمال مغز خود را درک کنیم و آن را آگاهی بنامیم. آگاهی، زمینه پیدایش هنر و علم و اندیشههای معنوی است. همینجا درنگ میکنیم تا شاهد نخستین لحظه این اتفاق باشیم؛ نخستین مولکولهای زیستی که از نخستین توالی RNA ساخته شدند؛ همهچیز از همینجا شروع شد.
غیرمنتظره. چیزی، اندکی فراتر از هیچ. خلق زنده از غیرزنده؛ چندان که نبید از آب برآمد، این دیگری نیز مدتها معجزهای برآمده از دست خدایان تلقی میشد. امروز، اما به عنوان نتیجه تقریبا حتمی جایگاهِ گرمایی و شیمیاییِ سیاره ما در کیهان عنوان میشود.
خوب؛ همین موقعیت گرمایی و شیمیایی چه؟ آیا از آفرینش متناسب کیهان و شرایط مناسب زمین برای پیدایش حیات، میتوان اینطور استنباط کرد که حکمت همه اینها تنها پیدایش ما بوده است؟ سیری از استدلالات منطقی که «برهان انسانی» نامیده میشود، میگوید از آنجا که قوانین فیزیک برای ظهور شیمی کامل و بیعیب هستند و از آنجا که قوانین شیمی نیز برای ظهور حیات بیعیب هستند، تمام این نظم و ترتیب باید برای پیدایش حیات و بهویژه حیات انسانی، برنامهریزی شده باشد.
هرکدام از قوانین فیزیک اگر اندکی متفاوت میبود، گیتی بسیار متفاوت ساخته میشد و شاید هرگز پیدایش زندگی در چنین کیهانی میسر نمیبود. بسیار خوب. اما، فرض کنیم تمام این دقایق، بختانه تنظیم شده باشند و امکان ظهور صُوَر دیگری هم از آنها وجود داشت؛ در جهانی که انسانی وجود ندارد، کسی هم نمینشیند از این همه عجایب شگفت زده شود؛ برهان انسانی ذاتا دچار تسلسل است و همین باعث میشود از بهکاربردن آن برای اثبات هر چیزی صرفنظر کنیم؛ بنابراین بار دیگر برمیگردم به ایمانی که دارم و بیش از این در برابر ظهور حیات درپی دلیل و طرح نخواهم گشت، بلکه تنها از بودنِ آن شگفتزده میشوم.
من معجزه حقیقی را تجلی ماورء الطبیعه نمیپندارم، بلکه آن را ویژگی حیرتآوری از تجلیات طبیعی میدانم. زندگی، تحقیقا ظهور مکرر چیزی از دل هیچ چیز است و گرچه بتوان آن را به کمک شیمی توضیح داد، بیشک هر بار تکرار آن، معجزهای دیگر است.
در طول هزاران سال هسته مرکزی ادیان سنتی، با تلقیای فراطبیعی از معجزه همراه بوده است. طبیعتگرای معنوی، اما همین تجلیات طبیعی را تجلیل میکند. تجلیاتی که به عقیده من هزاران بار از معجزات منقول سحرآمیزترند. این تجلی در نهاد هر چیز زندهای نهفته است و همین معجزات بیشمارند که میـل درونی ما را بـه ماورا ارضا میکند.
میاندیشم، برگِ چمن را که کمی از سیاحت استارگان ندارد
خواه، که موری حقیر باشد، یا خردهای ماسه، یا تخم چکاوکی، یکبهیک، بینقص و کاملاند
میاندیشم که داروَگ شاهکاری بیهمتاست
که طاقهای بهشت پوشیده از تمشکهای رونده وحشیست
که ظریفترین بندهای دستانم، خواهد که همه معماری آدمیان را به سخره بگیرد
که سر مادهگاوی، آن هنگام که میچرد، از هر پیکره دستتراشی زیباتر است...
آوازی برای من، والت ویتمن
(Walt Whitman (1819-1892) , Song of Myself, 1855)
پینوشتها:
* ترجمه بخش دوم از کتاب The Sacred Depths of Nature، نوشته «ارسلا گودینو»، 1998
** سوپ آغازین (Primal یا Primeval یا Primordial Soup) نظریهای که برای نخستینبار توسط «اوپارین» و «هالدان» ارائه شد (Oparin and Haldane) و همچنین به آزمایش «میلر-اوری» (Miller–Urey experiment) معروف شد. شکل امروزی این نظریه توسط «رابرت شاپیرو» (Robert Shapiro) در کتابش (Origins: A Skeptics Guide to the Creation of Life on Earth) ارائه شد:
1- زمین آغازین جَوی کاهنده (در برابر اکساینده) داشته است.
2- این جو تحت تأثیر انواع مختلفی از انرژی قرار داشته که موجب تشکیل ترکیبات آلی ساده میشده است.
3- این ترکیبات در یک «سوپ» تغلیظ شدهاند.
4- با اعمال تغییرات بیشتر پلیمرهای آلی پیچیدهتر ظاهر شدند.